Es ist bekannt, Nockenwellen für Kfz-Motoren durch das Innenhochdruck- Umformverfahren (IHU) herzustellen, indem eine Hohlwelle nach dem Auf- schieben der Nocken durch Einwirkung von Druck aufgeweitet wird. Als Druckmedium werden vorzugsweise Flüssigkeiten verwendet. Die aufge- schobenen Nocken werden dabei kraft-und formschlussig mit der Welle verbunden (DE 34 09 541 A1). Wenn sich auch dieses Verfahren für das Aufbringen von Maschinenelementen und Nocken auf der Welle sehr gut eignet und in der Praxis Anwendung findet, so haben derart hergestellte Wellen noch den Mangel, dass an ihren Enden in einem weiteren Verfahren getrennt hergestellte Funktionselemente mit der Welle verbunden werden müssen. Es werden in die Welle Bolzen mit entsprechendem Passsitz einge- bracht und mit der Welle durch Stifte kraftschlüssig verbunden. Es ist auch üblich, diese Bolzen mit der Welle zu verschweißen oder einzupressen. Die- se Bolzen ragen entweder aus der Welle heraus und sind in diesem Bereich mit Gewinde versehen, oder sie haben ein Innengewinde.

Der allgemeine Trend im Maschinenbau, insbesondere beim Bau von Kfz- Motoren, geht dahin, das Gewicht bei mindestens gleicher Leistung zu ver-

ringern. Dazu werden seit einiger Zeit die Nockenwellen als Hohlwellen ein- gesetzt. Dabei hat sich die Fachwelt bemüht, diese so herzustellen, dass auch die erforderlichen Maschinenelemente mit hoher Sicherheit und gerin- gem Fertigungsaufwand mit der Hohlwelle verbunden werden.

Es gibt Anwendungen von Hohlwellen, bei denen an einem oder beiden En- den eine Verbindung mit Antrieben erforderlich ist. Hierzu ist es bekannt, diese Maschinenelemente so zu gestalten, dass sie als Hülse ausgebildet sind, die auf die Welle geschoben und befestigt werden. Das Maschinen- element ist am außen liegenden Ende als Flansch ausgebildet, an dem die Ankopplung erfolgt (DE 38 00 912 A1). Hierbei bestehen Mängel hinsicht- lich des hohen mechanischen Fertigungsaufwandes für das Element, der genauen Passung auf der Welle und der kraftschlüssigen Verbindung mit der Welle. Die Verbindung kann auch durch IHU hergestellt werden, beseitigt aber nicht alle Mängel.

Es ist bekannt, die Enden der Hohlwelle durch Rundkneten oder Stauchen so zu verformen, dass eine Verdickung erfolgt, sich der Innendurchmesser verringert und der Außendurchmesser durch Materialanhäufung auf ein Maß gebracht wird, dass ein in bekannter Weise aufgebrachtes Maschinenele- ment befestigt wird. Es ist dabei das Ende der Welle durch IHU-Verfahren so zu stauchen, dass ein Bund bzw. Flansch entsteht. Diese Verfahrens- schritte sind auch durch Kneten bzw. Rundkneten auszuführen (DE 197 10 84. 8).

Gemeinsam haben alle bekannten Verfahren zur Herstellung von mit der Hohlwelle verbundenen Elementen zum Zweck der Ankopplung oder Lage- rung den Nachteil, dass das Verfahren des Herstellens und kraft-und form- schlüssigen Verbindens mit der Welle mindestens einen zusätzlichen Verfah- rensschritt erfordert. Hinzu kommt noch die mechanische Bearbeitung. Es sind z. B. Fügeprozesse erforderlich und ein nachträgliches Härten und/oder

Bearbeiten. Außerdem ist eine Passung erforderlich, die wiederum den Auf- wand erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Ver- fahren rationeller zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst. Die An- sprüche 2 bis 11 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens. Eine erfindungsgemäß hergestellte Hohlwelle ist im Anspruch 12 definiert ; die Ansprüche 13 bis 18 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Hohl- welle.

Erfindungsgemäß werden zwei an sich unabhängig voneinander bekannte Verfahren kombiniert. Es werden das IHU-Verfahren mit dem Stauchen an- nähernd zeitgleich angewendet.

Auf der Hohlwelle werden ihrer Funktion entsprechend Maschinenelemente, z. B. Zahnräder und/oder Nocken angeordnet und in ihre funktionsbedingte Position auf die Hohlwelle geschoben. Diese so vorbestückte Hohlwelle wird in ein IHU-Werkzeug eingelegt. In bekannter Weise wird zumindest gegen ein Ende der Hohlwelle ein Stempel in axialer Richtung bei gleichzeitiger Wirkung des Druckmediums des 11 IU-Werkzeuges bewegt. Dadurch wird die Hohlwelle an den Stellen, an denen außen kein Maschinenelement positio- niert ist, relativ stark aufgeweitet, während in dem Bereich, wo ein Maschi- nenelement positioniert ist, dieses durch den Innendruck kraft-und form- schlüssig verbunden wird. Gleichzeitig wird mit der Druckeinwirkung und durch die Bewegung des Stempels in axialer Richtung die Hohlwelle mit dem eingelegten Element gestaucht, dadurch das Material angedickt und das Element kraft-und formschlüssig in der Hohlwelle positioniert und dient somit durch seine der Verwendung der Hohlwelle angepasste Gestaltung als Abschluss der Hohlwelle und Anschluss an andere Aggregate.

Diese Stauchung bewirkt, je nach der geometrischen Ausbildung des einge- setzten Elements, dass vor und/oder hinter ihm Material der Hohlwelle ge- bracht wird. Damit ist das Element in axialer Richtung arretiert. Wird in das Element eine axial durchgehende Bohrung eingebracht, dann wird der Druck auf beiden Seiten dieses Elements wirksam.

Entsprechend dem Einsatz der Hohlwelle, bevorzugt als Nockenwelle, d. h. seiner Lagerung, Verbindung mit entsprechenden Aggregaten eines Motors oder sonstiger Antriebselemente, wird das Element mit der Hohlwelle me- chanisch getrennt und dabei eine plane Fläche erzeugt. In diese wird bei- spielsweise eine Bohrung oder ein Gewinde eingebracht.

Es ist auch der Funktion der Hohlwelle angepasst möglich, das Element nach dem Verbinden mit der Hohlwelle mechanisch derart zu bearbeiten, dass ein Bolzen oder ein Gewindebolzen stehen bleibt. Bei dieser Ausfüh- rungsform kann auch bereits das Element vor dem Einbringen und Verbin- den mit der Hohlwelle in seiner Form vorgefertigt sein.

Eine weitere Ausführungsform der Lösung ist es, dass das Element mit dem Stempel des IHU-Werkzeuges, der axial zeitgleich mit dem Druckmedium wirkt, eine Einheit bildet und in die Hohlwelle ragt. Nach Abschluss des IHU-Verfahrens wird der Stempel mit dem Element herausgezogen. Je nach Gestaltung des IHU-Werkzeuges und des Durchmessers des Elements erhält das Ende der Hohlwelle die für die Funktion bedingte Form. Durch bekannte mechanische Bearbeitung wird das Endmaß hergestettt.

Verbleibt das Element in der Hohlwelle, ist das Element in axialer Richtung arretiert, d. h. kraft-und formschlüssig mit der Hohlwelle verbunden.

Es kann auch vorteilhaft sein, das Element zwischen seinen beiden Enden im Durchmesser zu verringern, wodurch die Verbindung mit der Hohlwelle verbessert wird.

Je nach Verwendungszweck der Hohlwelle kann es vorteilhaft sein, die Hohlwelle nach dem Einpressen des Elements stirnseitig im Bereich des Elements zu trennen, so dass eine plane Fläche entsteht. Das Trennen er- folgt zweckmäßig durch Trennschleifen. In diese Fläche kann nachträglich ein axial verlaufendes Gewinde eingebracht werden, um ein beliebiges Teil bzw. Maschinenelement zu befestigen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zwei hochproduktive Verfahren, das Innenhochdruckumformen und das Stau- chen, zeitgleich in einem Verfahren unter Einsatz von einfach herzustellen- den, mit der Hohlwelle zu verbindenden Maschinenelementen kombiniert werden. Dadurch entstehen sehr kurze Fertigungszeiten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch das Verfahren und die spezi- elle Gestaltung der Maschinenelemente, insbesondere der in die Hohlwelle einzubringenden Elemente, nur ganz geringe Nacharbeiten erforderlich wer- den. Die nach dem Verfahren hergestellten Hohlwellen, insbesondere Nok- kenwellen für KFZ-Motoren, sind extrem leicht und sind kostengünstig.

An Ausführungsbeispielen werden der Stand der Technik und die Erfindung beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen : Fig. 1a und b Ausführungen der Enden einer Hohlwelle nach dem Stand der Technik, Figur 2 Teilschnitt durch ein IHU-Werkzeug mit eingelegter Hohlwelle,

Fig. 3a bis 3c Ausführung einer Hohlwelle mit einem fest einge- brachten Element, Figur 4 Teilschnitt durch eine Hohlwelle mit eingebrach- tem Element und aufgebrachte Nocken, und Figur 5 Ausführung eines Endes der Hohlwelle ohne ein in ihr verbleibendes Element.

In den Figuren 1a und 1b ist gezeigt, wie ein Ende einer Hohlwelle nach dem Stand der Technik hergestellt wird. Die Hohlwelle 1 wird im Bereich ihres einen Endes nach einem an sich bekannten Knetverfahren oder auch durch Stauchen derart behandelt, dass bei bleibendem Außendurchmesser DA der Hohlwelle 1 sich der Innendurchmesser Di der Hohlwelle 1 bis auf den Durchmesser DB einer Bohrung 2 verringert. Das bedeutet, dass eine Materialanhäufung in dem Endbereich erfolgte Dieses Stauchen erfolgt durch Erwärmen, Hämmern oder auch in einem anderen Umformungsprozess.

Entweder wird die Bohrung 2 innerhalb dieses Prozesses mit eingebracht und muss dann noch mechanisch nachgearbeitet werden, oder das Ende der Hohlwelle 1 wird vollkommen verschlossen und die Bohrung 2 oder ein Ge- winde 3 werden danach nach dem Bearbeiten der Stirnfläche eingebracht.

Anhand von Figur 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.

In ein bekanntes IHU-Werkzeug 4 wird eine Hohlwelle 1 eingelegt, deren Außendurchmesser DA dem Innendurchmesser des Werkzeuges 4 ent- spricht. Gleichzeitig wird auch ein Element 5, dessen Außendurchmesser DE geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser Di der Hohlwelle 1, in die Hohlwelle 1 an eine vorgegebene Stelle eingelegt. Das Werkzeug 4, das in der Regel zweiteilig ist, wird geschlossen. Ein Stempel 6 des Werkzeuges 4 wird unter hohem Druck axial, bei gleichzeitigem Wirken eines Druckmedi- ums in der Hohlwelle 1, gegen deren Stirnseite drückend bewegt. Dabei

staucht sich das Material der Hohlwelle 1 derart, dass das Element 5 vom Material der Hohlwelle 1 so weit eingeschlossen wird, dass sich der bisheri- ge Innendurchmesser D, der Hohlwelle 1 auf D ; ; verringert. Damit ist das Element 5 unter hohem Druck form-und/oder kraftschlüssig mit der Hohl- welle 1 verbunden. An einer Linie 7 wird in bekannter Weise, vorzugsweise durch Trennschleifen, ein Endabschnitt abgetrennt und es entsteht eine pla- ne Fläche, in die beispielsweise ein Gewinde eingebracht wird.

In Figur 3a bis 3c sind verschiedene Ausführungsformen des Elements 5 dargesteXt. Je nach Einwirkung des Stempels 6 und des Druckmediums und der Geometrie des Elements 5 werden das Material der Hohlwelle 1 vor und hinter dem Element 5 angestaucht und der Innendurchmesser D ; der Hohl- welle 1 auf D ; ; reduziert. Der Stempel 6 des IHU-Werkzeuges drückt in Pfeil- richtung. Bei der Ausführung nach Figur 3b wirkt das Druckmedium durch die Bohrung 8 auf beiden Seiten des Element 5, obwohl es nur von einer Seite eindringt. Diese Ausführung des Elements 5 ist besonders dann vor- teilhaft, wenn das Element 5 weiter vom Ende der Hohlwelle 1 entfernt an- geordnet ist. Bei Figur 3a wirkt auf einer Seite der Stempel 6 und auf der anderen Seite das Druckmedium, um die Materialanhäufung zu erreichen.

In Figur 3c ist das Element 5 konisch ausgeführt.

In Figur 4 ist dargestellt, wie gleichzeitig im Bereich des Elements 5 auf der Hohlwelle 1 ein Maschinenelement 9 oder Nocken aufgebracht ist. Gemäß Figur 3b wird das Material zu beiden Seiten angehäuft. Überraschenderwei- se wurde gefunden, dass sich an dieser Stelle der Hohlwelle 1 ihr Außen- durchmesser DA vergrößert und damit das dort aufgebrachte Maschinenele- ment 9 gleichzeitig kraft-und/oder formschlüssig mit der Hohlwelle 1 ver- bunden wird.

Mit diesem Beispiel wird gezeigt, wie bisher getrennt durchgeführte Verfah- ren in einem einzigen IHU-Verfahren ausgeführt werden können. Hierin liegt ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens begründet.

Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Verfahrens. Der Stempel 6, der zeitgleich mit dem Druckmedium wirkend axial drückt, ist in seinem vorderen Teil mit dem sonst separaten Element 5 fest verbunden, d. h. der Stempel 6 ist vorderseitig als Element 5'ausgebildet. Der bei dem Verfah- ren entstehende Materialfluss wird durch das Element 5', dessen Außen- durchmesser < dem Innendurchmesser der Hohlwelle 1 ist, beim Andicken bzw. Stauchen nach innen begrenzt, und damit wird lokal Material nach au- ßen aber auch nach innen vor das Element 5'gebracht. Abweichend von den Beispielen Figur 2 bis Figur 4 wird nach Abschluss des IHU-Prozesses der komplette Druckstempel 6, 5'aus der Hohlwelle 1 entfernt. Der Stem- pel 6 kann jedoch durch eine entsprechende Ausbildung des Elements 5' und des fHU-Werkzeuges auch mit der Hohlwelle 1 kraft-und formschlüssig verbunden sein und wird nach Prozessende vom Element 5'mechanisch getrennt.

Die Elemente 5 und Maschinenelemente 9 bzw. Nocken werden in einem vorangehenden Verfahren in bekannter Weise hergestellt.